В28 Отбор проб воды

Процедура отбора проб воды регламентируется требо­ваниями ГОСТ Р 51592—2000 «Вода. Общие требования к отбору проб», ГОСТ Р 51593—2000 «Вода питьевая. Отбор проб» и др. Чаще всего на водоеме отбирают так называе­мые разовые пробы. Однако при обследовании водоема может возникнуть необходимость отбора серий проб — из поверхностного, глубинного, придонного слоев вод и т. д. Пробы могут быть отобраны также из подземных источ­ников, водопровода и т. п. Усредненные данные о составе вод дают смешанные пробы.

Проба воды должна быть представительной (репрезен­тативной), т. е. в максимальной степени характеризовать качество воды по данному показателю, типичной и неис­каженной вследствие концентрирования и других факто­ров. Различные виды водоемов (водоисточников) обус­ловливают некоторые особенности отбора проб в каждом случае.

При отборе проб воды можно решить две задачи: по­лучить характеристику водоема (водотока); получить ха­рактеристику источника загрязнения и оценить его влия­ние на окружающую среду.

Если решается первая задача, то не рекомендуется от­бирать пробы:

• в местах, подверженных влиянию притоков (для во­дотоков) и в устьевых районах (для водоемов);

• вблизи мест с активной антропогенной деятельно­стью (вблизи населенных пунктов, предприятий, приста­ней);

• в местах слабого водообмена, заливах, заводях, за­рослях макрофитов, в затонах, на мелководье.

Если решается вторая задача, то, напротив, следует стремиться к отбору проб вблизи источника загрязнения или в нем самом.

Пробы из рек и водных потоков отбирают для опреде­ления качества воды в бассейне реки, пригодности воды для пищевого использования, орошения, для водопоя скота, рыборазведения, купания и водного спорта, уста­новления источников загрязнения.

Для определения влияния места сброса сточных вод и вод притоков пробы отбирают выше по течению и в точ­ке, где произошло полное смешивание вод. Следует иметь в виду, что загрязнения могут быть неравномерно рас­пространены по потоку реки, поэтому обычно пробы от­бирают в местах максимально бурного течения, где пото­ки хорошо перемешиваются. Пробоотборники помещают вниз по течению потока, располагая на нужной глубине.

При централизованном водоснабжении в населенном пункте пробы воды из водоема можно брать в точке водо­забора по глубине и по ширине реки. Для характеристи­ки источника централизованного водоснабжения при существующем водозаборе допускаются отбор и первич­ная оценка проб непосредственно после насосов первого подъема.

Пробы из природных и искусственных озер (прудов)

отбирают, учитывая длительность существования озер; поэтому на первый план выступают мониторинг качества воды в течение длительного периода времени — несколь­ких лет, а также установление последствий антропоген­ных загрязнений воды (мониторинг ее состава и свойств). Качество воды в водоемах (и водотоках) носит цикличе­ский характер, причем наблюдается суточная и сезонная цикличность. По этой причине ежедневные пробы следу­ет отбирать в одно и то же время суток, а продолжитель­ность сезонных исследований должна составлять не менее одного года, включая исследования серий проб, отобран­ных в течение каждого времени года.

Пробы грунтовых вод отбирают для определения их пригодности в качестве источника питьевой воды, а так­же для технических или сельскохозяйственных целей, для определения влияния на качество грунтовых вод потен­циально опасных хозяйственных объектов, при проведе­нии мониторинга загрязнителей грунтовых вод.

Грунтовые воды изучают, отбирая пробы из артезиан­ских скважин, колодцев, родников. Следует иметь в виду, что качество воды в различных водоносных горизонтах может значительно различаться, поэтому при отборе про­бы грунтовых вод следует оценить доступными способами глубину горизонта, из которого отобрана проба; возмож­ные градиенты подземных потоков; информацию о соста­ве подземных пород, через которые пролегает горизонт. Поскольку в точке отбора пробы концентрации различ­ных примесей могут отличаться от их концентраций в во­доносном слое, необходимо откачивать из скважины (или родника, делая в нем углубление) воду в количестве, до­статочном для обновления воды в скважине, водопрово­де, углублении и т. п.

Пробы из водопроводных сетей отбирают в целях определения общего уровня качества водопроводной воды, поиска причин загрязнения распределительной сис­темы, контроля степени возможного загрязнения питье­вой воды продуктами коррозии и др. Для получения репрезентативных проб в этом случае соблюдают сле­дующие правила:

• отбор проводят после спуска воды в течение 10— 15 мин — времени, обычно достаточного для обновления воды с накопившимися загрязнителями;

• для отбора не используют концевые участки водо­проводных сетей, а также участки с трубами малого диа­метра (менее 1,2 см);

• для отбора используют по возможности участки с турбулентным потоком — краны вблизи клапанов, изги­бов;

• при отборе вода должна медленно течь в пробоот­борную емкость до ее переполнения.

Место отбора проб сточных вод оценивают и выбира­ют только после подробного ознакомления с технологией производства, потреблением и сбросом воды, местополо­жением цехов объекта, системой его канализации, назна­чением и работой отдельных элементов систем очистки. Следует обращать внимание (фиксировать в протоколе) на сопровождавшие отбор гидрологические и климатиче­ские условия, такие как осадки и их обилие, паводки, за­стойность водоема и др.

Посуда для отбора проб должна быть чистой. Сосуды, предназначенные для отбора проб, предварительно тща­тельно моют, ополаскивают не менее трех раз отбираемой водой и закупоривают стеклянными или пластмассовыми пробками, прокипяченными в дистиллированной воде. Между пробкой и отобранной пробой в сосуде оставляют воздух объемом 5—10 мл. В общую посуду отбирают про­бу на анализ только тех компонентов, которые имеют одинаковые условия консервации и хранения.

Для отбора проб воды применяют батометры различ­ной конструкции: ГР-18, ГР-16М, Рутинера и др.

В29

Донные отложения отбирают для определения харак­тера, степени и глубины проникновения в них загрязняю­щих веществ, изучения закономерностей процессов само­очищения водоемов и водотоков, выявления источников вторичного загрязнения и учета воздействия антропоген­ного фактора на водные экосистемы.

Проба при этом должна характеризовать не столько донные грунты, сколько водный объект или его часть за определенный промежуток времени. В водоемах и водо­токах точки отбора проб выбирают с учетом распределе­ния донных отложений и их перемещения. Отбор таких проб обязателен в местах максимального накопления донных отложений (места сброса сточных вод и впадения боковых потоков, приплотинные участки водохранилищ), а также в местах, где обмен загрязняющими веществами между водой и донными отложениями наиболее интенси­вен (судоходные фарватеры рек, перекаты, участки ветро­вых волнений). При оценке влияния сточных вод на степень загрязнения донных отложений и динамики на­копления загрязняющих веществ в них пробы отбирают выше и ниже места сброса во время характерных фаз гид­рологических режимов изучаемых водных объектов.

Способ отбора проб донных отложений выбирают в зависимости от свойств определяемых веществ и постав­ленной задачи. Для оценки сезонного поступления загрязняющих веществ и их поверхностного распределе­ния в донных отложениях пробы отбирают из верхнего слоя, а при исследовании распределения загрязняющих веществ по годам донные отложения отбирают послойно. При этом пробы, отобранные на различных горизонтах, помещают в разную посуду. Пробы хранят в охлажден­ном (от 0 до —3 °С) или замороженном (до —20 °С) со­стоянии.

Для отбора проб донных отложений применяют дно- черпатели, трубки, донные щупы.

В30

Охрана морской среды предполагает прежде всего оценку современного состояния качества воды морей и океанов, что требует:

• проведения систематических наблюдений;

• изучения путей и параметров распространения и ес­тественной утилизации загрязняющих веществ для после­дующего определения возможного режима их сброса в море;

• составления прогноза динамики загрязнения мор­ских вод на ближайшую и дальнюю перспективу по за­данным значениям сброса отходов, гидрометеорологиче­ским и гидрохимическим условиям;

• разработки рекомендаций по оптимальному режиму сбросов в конкретных участках морей и океанов.

В отличие от пунктов наблюдений за качеством по­верхностных вод пункты наблюдений за качеством мор­ских вод подразделяют на три категории.

Пункты первой категории предназначены для наблю­дений, проводимых в важных народно-хозяйственных районах:

• в портах и на припортовых территориях;

• в местах нереста и сезонных скоплений ценных промысловых рыб и других морских организмов;

• в местах сброса городских, промышленных и сель­скохозяйственных стоков;

• в местах разведки, добычи, транспортировки полез­ных ископаемых;

• в устьях крупных рек.

Пункты второй категории располагают:

• в прибрежных районах и районах открытого моря для исследований сезонной и годовой изменчивости уровня загрязнения;

• в районах миграции (морских течений) и домини­рующих ветров.

Пункты третьей категории используют для контроля качества воды в открытом море, исследования годовой изменчивости и расчета баланса химических веществ.

На пунктах наблюдений, расположенных на устьевом взморье в замыкающем створе рек, при глубине реки 1—5 м отбор проб проводят на поверхности и у дна реки. При глубине реки 5—10 м наблюдения проводят на поверхно­сти, на половине глубины и у дна, а при глубине реки более 10 м — на поверхности, через каждые 5 м и у дна реки.

Наблюдения за качеством вод морей и океанов прово­дят по гидрохимическим и гидробиологическим показате­лям. Гидрохимические показатели, определение которых предусмотрено в рамках обязательной (полной) програм­мы наблюдений, представлены в табл. 5. В сокращенную программу гидрохимических наблюдений входят опреде­ление концентрации нефтяных углеводородов, растворен­ного кислорода, pH и визуальные наблюдения за поверх­ностью морского водного объекта.

В пунктах первой категории 2 раза в месяц (в 1-ю и 3-ю декады) осуществляют наблюдения по сокращенной про­грамме, 1 раз в месяц (во 2-ю декаду) — наблюдения по полной программе. В пунктах второй категории наблюде­ния проводят 5—6 раз в год по полной программе, в пунктах третьей категории — 2—4 раза в год по полной программе.

В31

В настоящее время в отличие от газоаналитической аппаратуры технические средства для контроля загряз­нения вод и других жидкостей распространены несколько меньше. Однако для анализа состава поверхностных вод суши и морских вод широко используют комплексные ла­боратории, например KJ1B-1, CKJIAB-1 и др.

Комплексная лаборатория анализа воды KJ1B-1 пред­ставляет собой конструкцию, состоящую из транспортной стойки, на которой устанавливают весь набор техниче­ских средств, уложенных в быстроснимаемые и легкопе­реносимые чемоданы, контейнеры для хранения проб, ус­тановки для экстрагирования. КЛВ-1 можно развернуть непосредственно у исследуемого водоема и полностью провести цикл гидрохимических анализов «первого дня».

Некоторые технические характеристики KJ1B-1:

• количество одновременно экстрагируемых проб — 0,5—6 л;

• количество одновременно фильтруемых проб: через бумажные фильтры — 12, через мембранные — 2;

• контейнер для хранения проб обеспечивает поддер­жание температуры воды не выше 10 °С при транспорти­ровке в течение 3—4 ч при температуре окружающего воздуха 35 °С.

Судовая комплексная лаборатория анализа воды CKJ1AB-1 предназначена для количественного химиче­ского контроля качества конденсата, добавочной, пита­тельной и котловой воды на всех судах, где установлены главные и вспомогательные паровые котлы.

Комплект приборов и оборудования лаборатории раз­мещен в трех автономных футлярах: в основном — собст­венно лаборатория; запасном — запасная посуда и обору­дование; переносном — емкости для химических реакти­вов. Футляры лаборатории изготовлены из дерева и покрыты полиэфирным лаком. Разнообразные приспо­собления для проведения наблюдений размещены на дверцах и полках лаборатории: на верхней полке — ем­кости с титрованными растворами, подача которых в бю­ретки осуществляется с помощью пневматической груши; на нижней полке — реактивы для проведения анализов. Технические характеристики CKJ1AB-1:

• пределы измерений:

общей жесткости — 0,1—0,5 мг-экв/л, щелочности 0,1—0,5 мг-экв/л, содержания хлоридов в конденсате — 0,1—4,5 мг/л, содержания хлоридов в котловой воде — от 5 мг/л и выше,

содержания нитратов — 10—50 мг/л, содержания фосфатов — 10—50 мг/л, степени загрязнения воды нефтепродуктами: в кон­денсате — 1—20 мг/л, в лояльных и балластных водах — 10—350 мг/л,

содержания растворенного в воде кислорода — О— ОД мг/л;

• питание лаборатории — от сети переменного тока: напряжение — 127/220 В, частота — 50 Гц;

• потребляемая мощность — 40 В • А;

• габаритные размеры основного футляра — 525 х 320 х х 550 мм;

• масса — около 30 кг.

Нормальная работа лаборатории обеспечивается при температуре окружающего воздуха 10—35 °С, относительной влажности до 80%, атмосферном давлении 99,75 ± 4 кПа.

Общую жесткость воды, щелочность, содержание хло- рид-иона определяют с помощью титровального блока. Исследование фосфатов и нитратов проводят в компара­торе, содержание нефтепродуктов определяют путем экс­трагирования их из воды. Результаты определения считы­вают с эталонных графиков, нанесенных на нижней пане­ли лаборатории. Содержание кислорода, растворенного в воде, определяют на установке, состоящей из компа­ратора с набором эталонных пленок, шприца-дозатора и вспомогательного оборудования.

Химическая посуда, приборы и емкости размещены в амортизационных гнездах и выдерживают качку и вибра­цию. Почти вся посуда изготовлена из химически стойких пластмасс. Крепления для посуды и оборудования имеют антикоррозийные покрытия, так как предусматривается работа лаборатории в агрессивных средах (морской воз­дух, пары растворителей).

Используя реактивы, размещенные в основном футля­ре, можно осуществить около 100 анализов. Весь запас реактивов позволяет провести около 3000 анализов.

В настоящее время выпускается также передвижная гидрохимическая лаборатория ПГХЛ-1 на базе автобуса ПАЗ-3201. В комплект ПГХЛ-1 входят переносные и по­левые аналитические приборы, позволяющие проводить анализ воды непосредственно на месте по 30 показа­телям, в том числе по pH, электропроводности, содержа­нию растворенного кислорода, мутности, концентрациям нитритов, хлоридов, гидрокарбонатов, ионов аммония и т. д. Измерения проводят три специалиста с помощью фотоколориметра КФК-2, иономера И-120М, комбини­рованного анализатора вод АКВ-106, микроскопов «Био- лат Д12», МБС-9. В32

Хранение проб воды, в том числе содержащих следо­вые количества исследуемых веществ, осложнено по­терями ее из-за сорбции на стенках сосудов и разруше­ния в растворителях и на поверхностях носителей под действием кислорода, света и других факторов внешней среды.

В воде протекают процессы окисления-восстановле­ния, биохимические процессы с участием бактерий и дру­гих живущих в ней объектов, а также физические и фи­зико-химические процессы сорбции, седиментации и др. В водных растворах, например, нитраты в присутствии органики могут восстанавливаться до нитритов или даже до ионов аммония (в отсутствие органики эти процессы могут идти в обратную сторону из-за наличия в воде рас­творенного кислорода), а сульфаты — до сульфитов. Рас­творенный кислород может расходоваться на окисление органических веществ. Могут изменяться и органолепти­ческие свойства воды — запах, цвет, мутность, вкус.

Некоторые элементы и их соединения способны до­вольно легко адсорбироваться на стенках сосудов (Fe, Al, Си, Cd, Mn, Cr, Zn, РО^^- и др.). Из стекла (особен­но темного) или пластмассы бутылей, напротив, ряд микроэлементов и следы веществ могут выщелачивать­ся (В, Si, Na, К). Указанные процессы иногда довольно значительно сказываются на достоверности и точности анализа, поэтому очень важно соблюдать предписан­ные технологические процедуры хранения и стабилиза­ции проб.

Особые меры предосторожности необходимо соблю­дать при хранении проб хлорированной водопроводной воды, содержащей, например, ПАУ в следовых концент­рациях (1—3 нг/л). Установлено, что даже при 5 °С в про­цессе хранения таких проб в течение 18 суток многие из углеводородов исчезают практически полностью. Поэто­му для устранения потерь ПАУ рекомендуется хранение проб стабилизировать добавлением сульфата натрия, а также хранить их в темноте.

При хранении сточных вод, например, нефтехимиче­ских предприятий следует учитывать присутствие в воде диспергированных нефтепродуктов, в капельках и плен­ках которых растворяется основная часть ПАУ. В част­ности, содержание 3,4-бенз-а-пирена в стоках таких предприятий может на 3—4 порядка превышать его рас­творимость в чистой воде.

Для обычных, наиболее часто загрязняющих воду ве­ществ применяют довольно простые и проверенные спо­собы консервации и хранения проб. Однако при добавле­нии к водным пробам стабилизаторов всегда необходимо всесторонне учитывать те осложнения, которые могут возникнуть при анализе из-за их применения. Что касает­ся консервации сточных вод, то она вообще весьма за­труднительна.